Формування якості та захисту поверхневих вод (стр. 4 из 5)
Рис. 1. Залежність валової первинної продукції від освітлення
Температура впливає на фізичні і біологічні процеси евтрофікації. Вона визначає ступінь насичення води киснем, температурний профіль впливає на інтенсивність вертикальної турбулентності й у такий спосіб впливає на перенос біогенів із придонних областей у епілімніон. Температура також впливає на величину первинної продукції (рис. 2). Значення оптимальної температури змінюється в залежності від виду організмів, але в більшості випадків лежить у діапазоні 20-25° С.
Рис. 2. Залежність валової первинної продукції від температури
Швидкість потоку. Величина швидкості впливає на життєдіяльність гідробіонтів. При значеннях швидкостей, рівних так званій лімітуючій швидкості, починається процес пригнічення гідробіонтів, а збільшення швидкості до значень більше критичних приводить до загибелі гідробіонтів (Рис. 3.).
Рис. 3. Залежність валової первинної продукції від швидкості потоку
Хімічні фактори евтрофікації. Розчинений кисень (РК). Низька концентрація РК у воді приводить до розвитку анаеробних процесів. У цьому випадку основним джерелом продукування стають анаеробні процеси ферментації, що приводять до виділення у воду метану і сірководню. Концентрація РК змінюється як із глибиною, так і протягом добового циклу. У денний час у трофогенному шарі відбувається збільшення концентрації РК. Однак у темний час доби фотосинтетична діяльність відсутня і відбувається тільки споживання кисню. Амплітуда добових коливань РК пропорційна біомасі первинних продуцентів. У евтрофованих водоймах це може привести до формування в темний час доби анаеробних умов [18].
Біогенні елементи. Гідробіонтам потрібно безліч біогенних речовин у визначеній пропорції. При недостачі кожного з них швидкість росту популяції сповільнюється. У цілому, швидкість росту популяції залежить від наявності лімітуючого елемента (рис. 4). Як правило, до числа лімітуючих елементів, у водних екосистемах відносяться фосфор, азот і, значно рідше, вуглець. При підвищеному надходженні біогенів швидкість первинного продукування може досягти максимальної величини, що приводить до евтрофікації.
Рис. 4. Залежність швидкості росту популяції від вмісту біогену
Біологічні фактори евтрофування. Більшість організмів можуть існувати у визначеному діапазоні фізичних і біохімічних впливів, що називається діапазоном толерантності. У процесі адаптації біологічні види можуть розширювати свій діапазон толерантності. Оскільки згодом умови середовища існування в екосистемі змінюються, перевагу одержують види, що володіють більшою здатністю пристосовуватися до нових умов. Результатом цього є сукцесія співтовариств.
З розвитком евтрофікації домінуючими стають екстремальні умови за концентрації РК, освітленості, приступності біогенних речовин. У цих умовах перевагу одержують синьо-зелені водорості (cіanobacterіa), що мають найбільшу здатність до адаптації завдяки:
- своїм відносно великим розмірам, через що вони не можуть споживатися зоопланктоном;
- здатності фіксувати розчинений у воді азот, протидіючи, таким чином, умовам його лімітування;
- здатності обходитися меншим вмістом у воді двоокису вуглецю в порівнянні з іншими водоростями;
- інтенсивному розвитку при більш нижчому, ніж для інших водоростей, співвідношенні азоту до фосфору;
- виділенню у воду продуктів, що припиняють ріст інших водоростей;
- здатності регулювати свою плавучість, протидіючи несприятливому впливу фізичних факторів.
РОЗДІЛ 3. Методи захисту поверхневих вод
3.1 Зменшення зовнішнього впливу на поверхневі водні об'єкти
Зовнішній вплив на водні об'єкти виявляється у вигляді надходження в них сторонніх домішок і тепла, що приводить до порушення норм якості води. З метою підтримки здатності водних об'єктів, що самоочищення, і забезпечення різних видів водокористування обсяг зовнішніх впливів не повинен перевищувати встановлених нормативів ПДС. Реалізація норм ПДС досягається за рахунок зменшення кількості поворотних вод або зниження концентрації речовин у них. Основними організаційно-технічними заходами, застосовуваними з даною метою, є:
- зміна технології виробництва;
- каналізоване і санітарне очищення міст;
- повторне використання стічних вод;
- очищення стічних вод.
Зміна технологічних процесів убік ресурсозберігаючих, маловідхідних і безвідхідних технологій є одним з найбільше економічно й екологічно ефективних напрямків. Однак такий шлях, як правило, характеризується високої капіталоємкістю і вимагає первісних інвестицій [18].
Каналізування населених пунктів дозволяє запобігти забруднення водних об'єктів неорганізованим стоком. Організований стік з каналізаційних мереж, як правило, направляється на очисні споруди. При відсутності очисних споруд зниження негативного впливу на якість води водних об'єктів може бути досягнуте за рахунок використання спеціальних конструкцій випусків стічних вод, що забезпечують більш ефективне розведення стічних вод.
Санітарне очищення території дозволяє знизити надходження речовин у дощові і снігові стічні води, знизити забруднення грунтових вод і тим самим зменшити надходження забруднюючих речовин у водні об'єкти. Цей метод є досить ефективним і відносно малозатратним.
Повторне використання стічних вод може здійснюватися шляхом оборотного водопостачання в межах одного підприємства або передачею стічних вод в інші сфери господарювання. Наприклад, використання очищених стічних вод для технічного водопостачання або зрошення.
Оборотне водопостачання може здійснюватися як єдина система для всього підприємства або у вигляді окремих циклів для цеху або групи цехів.
Запобігання скидання підігрітих вод зменшує імовірність розвитку процесів эвтрофирования водних об'єктів.
Очищення стічних вод є найбільш традиційним способом зниження навантаження на водні об'єкти.
3.2 Інтенсифікація внутріводоймових процесів
Управління якістю води водних об'єктів на основі цілеспрямованого втручання в хід внутрішводоймних процесів досягається в основному впливом на абіотичні компоненти екосистеми.
Технології захисту і відновлення для водотоків. В основі цих технологій лежить цілеспрямована зміна гідрологічних умов або безпосередній вплив на біотичну частина водної екосистеми. Основними технічними рішеннями є зміна швидкості течії, форми поперечного переріза русла, матеріалу кріплення берегових укосів і розробка спеціальних біоінженерних споруд [18].
Швидкість течії є одним з головних екологічних факторів у водотоках. Вона впливає на всі біотичні компоненти водної екосистеми - планктон, бентос, перифітон, макрофіти. Цей вплив має прямій і непрямий характер. Прямий виявляється в безпосередньому механічному впливі течії на гідробіонтів. Непрямий вплив здійснюється через зміну фізичних і хімічних умов у водотоці, наприклад, швидкості процесу атмосферної реаерації, умов перемішування, мутності потоку. Швидкість потоку є комплексним керуючим фактором. Чим більший час перебування речовини у водотоці, тим сильніше виявляються процеси біохімічної трансформації речовин. Чим більше транспортуюча здатність потоку, тим менше його прозорість. У свою чергу прозорість води сильно впливає на продукційні процеси і тепловий режим водотоків. Швидкість потоку лімітує швидкість росту різних біотичних угруповань. Для кожного виду водоростей існує так звана лімітуюча швидкість течії, при досягненні якої розвиток водоростей сповільнюється, і критична швидкість течії, при якій водорості перестають розвиватися і можуть загинути.
Форма перетину русла має велике значення для трансформації органічних речовин. Змінюючи форму русла, можна змінювати швидкість течії і співвідношення трофогенного і трофолітичного шарів, домагаючись у такий спосіб необхідного співвідношення продукції і деструкції.
При штучному облицюванні берегових укосів, характерних для водних об'єктів, що знаходяться в межах міста, велике значення має використовуваний матеріал. Його вид багато в чому визначає інтенсивність процесів самоочищення. Наприклад, облицювання берегів щебнем або бетоном приводить до їх посиленого обростання і, як наслідок - до автохтонного вторинного забруднення водного об'єкта за рахунок збільшення продукції органічної речовини.
Перспективним напрямком розвитку технологій захисту водотоків є розробка біоінженерних споруд типу біоплато. Для захисту і відновлення водних об'єктів використовують природні або штучні біоплато різних типів. Руслові біоплато являють собой мілководні розширення русла з розвиненою вищою водною рослинністю. Очищення води тут здійснюється вищою водною рослинністю по всьому перетину потоку. Створення руслових біоплато можливо на ділянках водотоків глибиною не більш 1,5-2 м, зі швидкістю течії до 0,2-0,3 м/с. Берегові біоплато являють собою зарості вищої водної рослинності уздовж берегів водотоку. Очищення води в цьому випадку проводиться тільки частиною потоку. Гирлові біоплато розташовуються в місцях впадання у водотік малих приток. Наплавні біоплато призначені для очищення верхнього шару поверхневих вод. У цьому випадку вища водна рослинність розміщається в спеціальних плаваючих контейнерах, розташованих впоперек потоку [18].